METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS Los aminoácidos desempeñan muchas funciones importantes en los seres vivos ya que participan en la biosíntesis de compuestos nitrogenados tales como: nucleótidos (púricos y pirimidínicos) hormonas (tiroxina y adrenalina) coenzimas Porfirinas Además los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas. Estas moléculas extraordinarias cumplen diferentes funciones dependiendo del tejido y de la ubicación celular, por ejemplo: estructurales (colágeno o elastina) funcionales (Miosina del músculo, hemoglobina) protectoras (queratina del pelo y uñas) catalíticas (enzimas) defensa (anticuerpos)

Fuentes exógenas Fuentes endógenas (aprox.70 g/ día) (aprox. 140 g/ día) Proteínas de la dieta Proteínas tisulares Digestión y absorción Degradación AMINOACIDOS Transaminación y/ó Desaminación Degradación Biosíntesis Proteínas Aminoácidos No esenciales α - cetoácidos Amoníaco Constituyentes nitrogenados no Proteicos: purinas, pirimidinas porfirinas, ácidos biliares

Amoníaco α - cetoácidos Glucosa Oxidación Urea Cuerpos cetónicos Acetil CoA Excreción renal Ciclo de Krebs En los organismos, el 90% de las necesidades energéticas son cubiertas por los hidratos de carbono y las grasas. El 10% al 15% restante es proporcionado por la oxidación de los aminoácidos. CO2 + H2O – ATP

TRANSPORTE MEDIADO ACTIVO     Digestión y absorción de proteínas A diferencia de los hidratos de carbono y lípidos una parte significativa de la digestión de proteínas tiene lugar en el estómago. TRANSPORTE MEDIADO ACTIVO

Digestión de Proteínas I) En el estómago Células Parietales HCl GASTRINA Células Principales Pepsinógeno Pepsinógeno H Cl Pepsina + resto de 42 Aa. Proenzima Enzima activa pH 1,5-2,5 -NH2 NH2 -NH2

¿Como actúa la pepsina? ES UNA ENDOPEPTIDASA HIDROLIZA UNIONES PEPTIDICAS ACTUA SOBRE GRUPOS AMINOS DE Aac AROMATICOS (Triptofano, fenilalanina, tirosina)

SECRECION PANCREATICA Páncreas Estómago  Intestino Sangre pH Secretina H+ HCO3- Pancreozimina o Colecistoquinina Aminoácidos Enzimas

Digestión de Proteínas II) En Duodeno Tripsinógeno Enteropeptidasa Autocatálisis INACTIVOS ACTIVOS Tripsina Quimotripsina Quimotripsinógeno T R I P S N A Procarboxipeptidasas A y B Carboxipeptidasas A y B Proelastasa Elastasa

CLASIFICACIÓN de AMINOÁCIDOS Alifáticos: glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina. Hidroxiaminoácidos: serina y treonina. Dicarboxílicos y sus aminas: ácido aspártico y asparagina, ácido glutámico y glutamina. Básicos : lisina, arginina, histidina. Aromáticos: fenilalanina, tirosina, triptófano Azufrados: cisteína, metionina. Iminoácidos: prolina, hidroxiprolina.

SISTEMAS DE TRANSPORTE DE LOS AMINOACIDOS 1- Aminoácidos neutros pequeños: Alanina, serina Aa. neutros y aromáticos grandes: isoleucina, tirosina 2- Aminoácidos básicos: Arginina 3- Aminoácidos ácidos: Glutamato 4- Iminoácidos: Prolina Transporte Mediado Activo CELULAS (intestinales, renales, hepáticas, etc.) Difusión facilitada Los aminoácidos absorbidos son transportados como aminoácidos libres por la sangre principalmente hacia el hígado, que es el sitio primario del metabolismo de los aminoácidos y a otros órganos o tejidos para su utilización

Degradación de proteínas endógenas Las proteínas endógenas cuando han cumplido su ciclo vital o sufren alteraciones por compuestos tóxicos, como radicales libres, metales pesados, etc., se degradan. El ciclo vital depende de la vida media de la proteína; por ejemplo existen proteínas de vida media corta (hormonas, antígenos, etc.) y otras de vida media larga (proteínas estructurales). Una vez degradadas, sus aminoácidos pasan a formar parte de la reserva de aminoácidos del organismo.

DEGRADACION DE PROTEINAS ENDOGENAS Proteasas lisosomales ó CATEPSINAS Proteasomas CALPAÍNAS CASPASAS Degradan proteínas extracelulares que ingresan por endocitosis. Degradan proteínas de vida media larga Complejos multienzimáticos. Degradan proteínas de vida media corta. Proteasas citosólicas activadas por Ca++ Proteasas que participar en el proceso de muerte celular programada ó apoptosis

DESTINO DE LOS AMINOÁCIDOS EN LA CELULA Biosíntesis: Proteínas, Compuestos no proteicos, etc. Gluconeogénesis Obtención de Energía a Los aminoácidos deben degradarse 1º) Pérdida del Grupo Amino 2º) Degradación de la cadena carbonada

PERDIDA DEL GRUPO AMINO Reacciones de Transaminación Reacciones de Desaminación Oxidativa Reacciones de Desaminación no Oxidativa Son reacciones metabólicas acopladas

Reacción de Transaminación: Esquema General Transaminasas Fosfato de piridoxal (Vitamina B6) a L-Glutamato a- cetoácido a-cetoglutarato L- Aminoácido Glutamato Aminotransferasa En las reacciones de transaminación ocurre la transferencia de un grupo amino desde un a-aminoácido dador a un a-cetoácido aceptor. Las enzimas que catalizan estas reacciones se denominan AMINOTRANSFERASAS o TRANSAMINASAS. Estas enzimas son de naturaleza ubicua, están presentes tanto en el citosol como en las mitocondrias de las células de todos los seres vivos, animales y vegetales.

Las reacciones de transaminación son fácilmente reversibles y son muy importantes en el metabolismo proteico. Todos los aminoácidos (excepto lisina y treonina) participan en reacciones de transaminación con los α-cetoácidos: piruvato alanina oxalacetato aspartato α-cetoglutarato glutamato

TRANSAMINASAS DE INTERES CLINICO Infarto de Miocardio  Glutámico Oxalacetico Transaminasa (GOT) o Aspartato aminotransferasa (AST) Aumentada en afecciones cardíacas y hepáticas (principalmente hepatitis con necrosis) Afecciones Hepáticas  Glutámico Pirúvico Transaminasa (GPT) o Alanina aminotransferasa (ALT) Los mayores aumentos se producen como consecuencia de alteraciones hepáticas: colestasis, hepatitis tóxicas o virales. Relación Normal: GOT/GPT = 1  COCIENTE DE RITIS Hepatitis alcohólicas c/necrosis de tejido: GOT/GPT> 1

GPT (Glutámico Pirúvico Transaminasa) GOT (Glutámico Oxalacetico Transaminasa)

Desaminación Oxidativa Glutamato Deshidrogenasa NADH NADP+ L-glutamato que contiene los grupos aminos provenientes de las reacciones anteriormente descriptas ingresa a la mitocondria a través de transportadores y puede eliminar el grupo amino proveniente del aminoácido inicial a través de una reacción de desaminación oxidativa, que se considera como la principal vía de salida del amoníaco. + GDH Glutamato + H2O + NAD(P) a-Cetoglutarato + NH4+ + NAD(P)H + 2 H+

REGULACION DE LA GLUTAMATO DESHIDROGENASA Regulación alostérica ( + ) ADP Y GDP ( - ) ATP Y GTP Cuando se acumula ATP y GTP en la mitocondria, como consecuencia de una actividad elevada del ciclo de Krebs, se inhibe la desaminación del glutamato para no incorporar más a-cetoglutarato al ciclo. Por el contrario, cuando aumentan los niveles de ADP y GDP se activa la enzima y de esa forma se produce NADH que es utilizado para la síntesis de ATP e ingresa el α-cetoglutarato al Ciclo de Krebs. Es una enzima mitocondrial (hígado y riñón)

ELIMACION DEL GRUPO AMINO TRANSDESAMINACION Es el mecanismo general de desaminación de los aminoácidos, resultante del acoplamiento de las dos enzimas: transaminasa y glutámico deshidrogenasa TRANSAMINACION DESAMINACION OXIDATIVA Aminoácido a-cetoglutarato NADH + H+ NH4+ + GDH NAD+ a-cetoácido Glutamato ELIMACION DEL GRUPO AMINO

REACCIONES DE DESAMINACION NO OXIDATIVA Serina deshidratasa L-Serina Piruvato + NH4+ Treonina deshidratasa L-Treonina a- cetobutirato + NH4+ Fosfato de Piridoxal Fosfato de Piridoxal

EL AMONIACO Ó ION AMONIO ES TOXICO Origen del amoníaco Reacciones de desaminación: oxidativa y no oxidativas Bacterias intestinales y posterior absorción. EL AMONIACO Ó ION AMONIO ES TOXICO DEBE SER ELIMINADO

TOXICIDAD DEL AMONIACO A NIVEL CEREBRAL [NH4+] : revierte la reacción de la glutamato deshidrogenasa [a-cetoglutarato] [ATP] Valores normales: 5-10 mM de NH3 en sangre

Transporte de los grupos aminos de los aminoácidos El amoníaco producido permanentemente en los tejidos, es transportado hacia el hígado bajo la forma de un compuesto, no tóxico, la GLUTAMINA, que puede atravesar con facilidad las membranas celulares por ser una molécula neutra. La reacción es catalizada por una enzima mitocondrial, muy abundante en tejido renal, denominada GLUTAMINA SINTETASA la cual requiere energía en forma de ATP.

REACCION DE LA GLUTAMINA SINTETASA ATP ADP + Pi + NH4+ Glutamina sintetasa Glutamato Glutamina

REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LA ENZIMA GLUTAMINA SINTETASA Regulación alostérica Regulación Covalente (+) a-cetoglutarato, ATP (-) Carbamilfosfato, Glutamina, Pi GS (+) Desadenilación (-) Adenilación ACTIVA GS AMP INACTIVA

REACCION DE LA GLUTAMINASA + H2O + NH4+ Glutaminasa Glutamina Glutamato Enzima Mitocondrial Muy activa en hígado y riñón

ELIMINACION DEL AMONIACO AMONIOTELICOS: Especies acuáticas como peces óseos. URICOTELICOS: Aves y reptiles UREOTELICOS: Animales terrestres NH3 Acido úrico Urea En el hombre: Urea compuesto no tóxico y muy soluble. A nivel renal parte del amoníaco se excreta como ión amonio siendo muy importante este mecanismo para el mantenimiento del equilibrio ácido-base.

Además del amoníaco formado en los tejidos, una cantidad considerable es producida por las bacterias intestinales a partir de las proteínas de la dieta . Este amoníaco se absorbe y pasa a la sangre portal. Normalmente el hígado elimina el amoníaco de la sangre portal, de tal manera que la sangre periférica está exenta del mismo. Esto es esencial ya que cantidades muy pequeñas de amoníaco son tóxicas para el SNC, produciendo temblor, visión borrosa y en los casos mas graves, coma y muerte. Por un mecanismo cíclico, el AMONÍACO resultante de la desaminación oxidativa del glutamato (proceso que ocurre en casi todos los tejidos), se convierte en el hígado en UREA que luego por vía sanguínea llega a los riñones y se excreta por orina.

El grupo amino proveniente de la desaminación oxidativa del glutamato en la mitocondria, y el CO3H- de las oxidaciones biológicas, forman un compuesto inestable, el Carbamil fosfato Translocasas El carbamilfosfato es utilizado en la síntesis de las bases pirimidínicas que intervienen en la formación de los nucleótidos pirimidínicos

REGULACION DEL CICLO DE LA UREA Carbamil fosfato sintetasa I (+) N-Acetil glutamato Regulación a corto plazo Biosíntesis de las enzimas del ciclo (+) Aumento proteínas de la dieta Aumento degradación proteínas endógenas (Inanición ) Regulación a largo plazo

GASTO ENERGETICO DEL CICLO DE LA UREA Formación de Carbamil fosfato: 2 ATP Ingreso de Aspartato: 1 ATP AMP + PPi 2 Pi EN TOTAL: 3 ATP

PROPIEDADES DE LA UREA Molécula pequeña, sin carga. Difusible Soluble Atóxica El 50% de su peso es nitrógeno. Permite la eliminación de 2 productos de desecho: CO2 y NH3 Valores Normales: 25-30 gr de urea diarios

TRANSPORTE Y DESTINO DEL AMONÍACO Ciclo de la Glucosa Alanina La mayoría de los tejidos Hígado Músculo Aminoácidos Glutamato Glutamato Glutaminasa Glutamina sintetasa Glutamato deshidrogenasa Glutamina Glutamina Piruvato Alanina Alanina Piruvato Ciclo de la Glucosa Alanina Glucosa Glucosa

Clasificación de los aminoácidos de acuerdo al destino de sus esqueletos carbonados Aminoácidos Glucogénicos: Los esqueletos carbonados pueden utilizarse para la síntesis de glucosa (aa. no esenciales) Aminoácidos Cetogénicos: Los esqueletos carbonados pueden ser convertidos en cuerpos cetónicos (Leucina y Lisina) Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos: Fenilalanina, Tirosina, Isoleucina y Triptofano

GLUCOGÉNICOS Los que forman: # piruvato # intermediarios del ciclo de Krebs.

acetil-CoA o aceto-acetato CETOGÉNICOS Son los que generan: acetil-CoA o aceto-acetato

FUNCIONES PRECURSORAS DE LOS AMINOACIDOS GLICINA  Purinas, Hemo, Glutatión SERINA  Derivados de folato, esfingosina. METIONINA  SAM GLUTAMINA y GLUTAMATO  GABA FENILALANINA y TIROSINA  Catecolaminas TIROSINA  Tiramina, Melanina, Hormonas tiroideas. TRIPTOFANO  Serotonina, Triptamina, Melatonina, Acido nicotínico. ARGININA  Oxido Nítrico SERINA Y METIONINA Acetilcolina HISTIDINA  Histamina. ARGININA, GLICINA Y METIONINA  Creatina